多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法
多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料微观性能特别是材料微观力学性能测试技术领域，特别涉及一种 材料微观力学性能测试中的多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法。属精 密仪器组件和精密驱动传动单元组件。
【背景技术】
[0002] 近些年来，有关多种载荷、多物理场耦合条件下的材料微观力学性能测试的研宄 工作受到了国际学术界和工程界越来越多的关注。工程领域中时常会因材料及其制品的意 外破坏、失效而导致经济损失甚至严重事故的发生，之所以材料及其制品通常都已经经过 力学性能测试检验但是还会发生意外失效现象，其中一个很重要的原因就是在进行力学性 能测试的时候没有真实地模拟服役条件下的载荷施加状态以及所处的物理场环境。最为常 见的材料拉伸试验机，只能实现单独的拉伸测试，扭转试验机也只能提供单一的扭转载荷， 而机械零件在服役条件下往往承受的都是复合载荷。同样传统的材料试验机难以提供接近 服役条件下的电场环境、热场环境、磁场环境模拟。因此传统的材料试验机难以提供接近服 役条件下的测试。复合载荷多物理场下的材料性能测试是一种更能接近材料在服役条件下 测试，测试数据更真实、可靠。这种测试对于新材料开发和高端精密装备制造业发展都具有 重要意义。
[0003] 目前还没有比较成熟的适用于多载荷耦合加载的试件夹具与多物理场耦合加载 方法。传统的楔形夹具在预夹紧的条件下，传递的扭矩有限；带螺纹的夹具装夹困难，而且 只能单方向扭转。多物理场耦合加载的困难主要体现在以下几个方面：第一，观测问题，对 于原位材料力学性能测试来说，必须为显微镜提供一个良好的视场，必须留有足够的观测 空间，这就要求电场、热场、磁场的加载都不能干涉显微镜的观测路径；第二，通常采用的电 阻丝加热方式难以达到很高的温度，小范围的温度变化对于材料测试意义不大；第三，电场 加载与通入冷却水不能同时进行，夹具多为金属导体，一方面要与试件接触通电，另一方面 要与冷却水接触降温，两者同时进行会发生漏电现象；第四，热场加载会使夹具发生热变 形，必须保证夹具在高温下依然能可靠夹紧试件。综上所述，一套可靠的多载荷耦合加载的 试件夹具与多物理场耦合加载方法对于材料微观力学性能测试具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载 方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明的多载荷耦合加载的试件夹具，能够简单、 可靠、高效地传递拉伸、弯曲、扭转复合载荷。多物理场耦合加载方法，解决多物理场加载与 原位观测的干涉问题，具有较大的温度变化范围，可以电场加载与冷却同时进行，并能保证 高温条件下可靠夹紧试件。
[0005] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现： 多载荷耦合加载的试件夹具，用于对试件17施加拉伸、弯曲、扭转等载荷条件下对试 件样品的夹持，同时该夹具还可通过热场加载模块、电场加载模块、磁场加载模块实现对被 测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载，其具体结构是：加热片压板4将氮化硅加热片 25压紧，固定到上压板3的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板3与下压板5通过左圆柱 销18铰链连接，下压板5上设有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽，上压板3向上旋转打 开夹具，将试件夹持端置入凹槽，再向下旋转上压板3贴紧试件17,最后分别锁紧摆动螺栓 上的螺母，实现试件17的夹紧； 所述热场加载模块是：氮化硅加热片25与试件17的夹持端接触，热电偶16测量试件 17的温度，并将温度信号反馈给控制器22,控制器22再向稳压电源23发出信号，改变施加 在氮化硅加热片25上的电压，进而控制加热片的发热功率，使试件达到设定温度；硬云母 板6减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯度，冷却连接座7内设有流道，冷却水从进水 口 11流入，吸收热量后从另一侧出水口流出；隔热板9连接冷却连接座7和后面的传感器； 所述电场加载模块是：下压板5通过铜螺钉14与电极13固定连接，电场电源21输出 的电流通过下压板5导入到试件17中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合回路； 所述磁场加载模块是：磁场电源24向螺线圈1通入电流，使试件17处于磁场之中， 螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定在下压板5上。根据毕奥一萨伐尔定律，距电流元 M任意点处的磁感应强度为
式中A为真空中的磁导率N/A2;J为通过电流元的电流强度A;通为电流元的线元矢 量；r为电流元到任意点的矢径m。
[0006] 所述的下压板5上的凹槽设有锥形部分，且其与试件锥形过渡部分相配合，当试 件17承受拉力时，试件的锥形过渡部分被卡在下压板5的凹槽锥形部分里，即实现向试件 施加拉力载荷；当试件17的夹持端被完全夹紧后，试件17的夹持端相对夹具具有确定不变 的位置，当固定一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件17弯曲的轨迹运动时，即实现对 试件17施加悬臂弯曲载荷；试件17的两个夹持端都为板状，当它的两个夹持端分别被两个 夹具夹紧后，夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对转动时，即实现对试件 17施加扭转载荷。
[0007] 所述的试件17的平行长度部分为圆柱状，两边的夹持端为厚度与圆柱直径相等 的板状，夹持端与平行长度部分之间有锥形过渡部分。
[0008] 所述的硬云母板6既能实现隔热，又能实现绝缘，这样既可以起到降低热传导速 率、增大温度梯度的作用，又可以实现水冷模块与电场加载模块的兼容，避免通过冷却水漏 电。其本身密度大，有较高的加工精度，不会影响装置的整体精度。
[0009] 所述的下压板5由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证高温条件的正常使用，且下 压板5上加工有与试件夹持端相配合的凹槽，保证向试件（17)传递拉力、扭矩及弯矩。
[0010] 所述的冷却连接座7-方面有冷却作用，另一方面有连接作用，左边通过螺钉20 穿过硬云母板6与下压板5连接，螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分 直接插入到相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20从 右侧的通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中；冷却连接座7右边通过双头螺柱8与传 感器连接。
[0011] 电场加载模块通过改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加载，硬云母 板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连接座7通过螺钉20连接，螺栓绝缘套 19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实现绝缘。
[0012] 磁场加载模块通过改变磁场电源24的电流，就可以实现磁场强弱的变化。
[0013] 所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁加载模块时，从 下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高的磁场强度，螺 线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17接触，保证试件 17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0014] 本发明的另一目的在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具的多物理场耦合加 载方法，具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源23输出预设的电压加载到氮化硅加 热片25上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源21输出预设的电流， 实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源24输出预设的电流，实现磁场的 加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
[0015] 本发明的有益效果在于：多载荷耦合加载的试件夹具能够简单、可靠、高效地传递 拉伸、弯曲、扭转复合载荷；将加热模块集成于夹具内部，避免了加热模块与观测模块的干 涉，同时避免观测镜头受到较高的温度；氮化硅加热片具有升温快，温度高特点，可保证较 快达到较高的温度；电场加载与冷却水通过绝缘板隔开，保证两者可以同时进行；下压板 使用奥氏体钢加工而成，可以保证高温条件下的使用性能；磁场加载模块不与观测模块干 涉，也不影响试件拉伸、弯曲、扭转的测试。
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0017] 图1为本发明的整体外观示意图； 图2为本发明的整体剖视图； 图3为本发明的热场原理示意图； 图4为本发明的电场原理示意图； 图5为本发明的磁场原理示意图； 图6为本发明的电路连接图； 图7为本发明上压板的结构示意图； 图8为本发明下压板的结构示意图； 图9为本发明冷却连接座的剖视图。
[0018]图中：1.螺线圈，2.螺线圈固定筒，3.上压板，4.加热片压板，5.下压板，6.硬 云母板，7.冷却连接座，8.双头螺柱，9.隔热板，10.通过孔，11.进水口，12.摆动螺栓， 13.电极，14.铜螺钉，15.右圆柱销，16.热电偶，17.试件，18.左圆柱销，19.螺栓绝缘套， 20.螺钉，21.电场电源，22.控制器，23.稳压电源，24.磁场电源，25.氮化硅加热片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其【具体实施方式】。
[0020] 参见图1至图9所示，本发明的多载荷耦合加载的试件夹具，适用于对试件17施 加拉伸、弯曲、扭转等载荷条件下对试件样品的夹持，同时该夹具还可通过热场加载模块、 电场加载模块、磁场加载模块实现对被测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载。
[0021] 参见图1、图2所示，所述的多载荷材料原位测试夹具的具体结构是：加热片压板 4将氮化硅加热片25压紧，固定到上压板3的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板3与下 压板5通过左圆柱销18铰链连接，下压板5上加工有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽， 上压板3向上旋转打开夹具，将试件夹持端置入下压板5的凹槽，再向下旋转上压板3贴紧 试件17,最后分别锁紧摆动螺栓上的螺母，实现试件17的夹紧。
[0022] 所述的拉伸载荷的施加，下压板5上的凹槽有锥形部分与试件17锥形过渡部分配 合，当试件17承受拉力时，试件17锥形的过渡部分被卡在下压板5的凹槽锥形部分里，可 实现向试件17施加拉力载荷。
[0023]所述的弯曲载何的施加，当试件17的夹持端被完全夹紧后，试件17的夹持端相对 夹具具有确定不变的位置，当固定一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件弯曲的轨迹运 动时，可实现对试件17施加弯曲载荷。
[0024]所述的扭转载荷的施加，试件17的两个夹持端都为板状，当试件17的两个夹持端 分别被两个夹具夹紧后，试件17的夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对 转动时，可实现对试件17施加扭转载荷。
[0025]参见图2、图5及图6所示，所述的热场加载模块由氮化硅加热片25直接与试件17 的夹持端接触加热，使试件尽快达到试验温度，热电偶16测量试件17的温度，并将温度信 号反馈给控制器22,控制器22再向稳压电源23发出信号，改变施加在氮化硅加热片25上 的电压，进而控制加热片的发热功率。硬云母板6减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯 度，冷却连接座7内开有流道，冷却水从进水口 11流入，吸收热量后从另一侧出水口流出， 带走加热部分向后传导的热量，隔热板9连接冷却连接座7和后面的传感器，降低热传导速 率，并增大温度梯度。
[0026]参见图4所示，所述的电场加载模块由铜螺钉14将电极13固定到下压板5上，电 场电源21输出的电流通过下压板5导入到试件17中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合 回路。电场的电路连接参见图6所示，改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加 载。电场的绝缘参见图2所示，硬云母板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连 接座7通过螺钉20连接，螺栓绝缘套19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实 现绝缘。
[0027]所述的磁场加载原理参见图5所示，磁场电源24向螺线圈1通入电流，使试件17 处于磁场之中。磁场的电路连接参见图6所示，改变磁场电源24的电流，就可以实现磁场 强弱的变化。磁场的安装参见图2所示，线圈固定筒2将螺线圈1固定下压板5上，根据毕 奥一萨伐尔定律，距电流元《任意点处的磁感应强度为
式中/%为真空中的磁导率（N/A2);/为通过电流元的电流强度为电流元的线元 矢量；r为电流元到任意点的矢径（m)。
[0028] 参见图2所示，所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁 加载模块时，从下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高 的磁场强度，螺线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17 接触，保证试件17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0029] 参见图2所示，所述的硬云母板6既能实现隔热，又能实现绝缘，这样就可以保证 冷却水和电场可以同时加载，而不会发生通过冷却水漏电现象。
[0030] 所述的氮化硅加热片25加热温度高，加热速度快。
[0031] 所述的下压板5由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证高温条件的正常使用，且下 压板5上铣有与试件夹持端相适应的凹槽，保证向试件传递拉力、弯矩与扭矩。
[0032] 所述的冷却连接座8-方面有冷却作用，另一方面有连接作用，左边通过螺钉20 穿过硬云母板6与下压板5连接。螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分 直接插入到相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20整 个从右侧的通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中。冷却连接座7右边通过双头螺柱8 与传感器连接。
[0033] 所述的电场加载模块通过改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加载， 硬云母板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连接座7通过螺钉20连接，螺栓 绝缘套19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实现绝缘。
[0034] 参见图6所示的电路连接图，电场电源21向电极13供电，稳压电源23向氮化硅 加热片25供电，磁场电源24向螺线圈1供电，三个电源都受控制器22的控制，而且控制器 22还要接收热电偶16的信号，实现热场的闭环控制。
[0035] 所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁加载模块时，从 下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高的磁场强度，螺 线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17接触，保证试件 17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0036] 参见图6所示，所述的多物理场加载方法，具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源23输出一定的电压加载到氮化硅加 热片25上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源21输出一定的电流， 实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源24输出一定的电流，实现磁场的 加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算 机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
[0037] 参见图7所示，所述的上压板4,其特征在于氏体不锈钢加工而成，可以保证高温 条件的正常使用，上端开有与氮化硅加热片25外形相适应的槽，周围的四个螺栓孔用于安 装加热片压板4,并通过加热片压板4压紧氮化硅加热片25。下边的销孔用于实现上压4 板与下压板5的铰链连接。
[0038] 参见图8所示，所述的下压板5,其特征在于由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证 高温条件的正常使用，且下压板5上铣有与试件夹持端相适应的凹槽，保证向试件传递拉 伸、弯曲、扭转复合载荷。左侧的销孔用于安装左圆柱销18,过盈配合，实现上压板3与下压 板5的铰链连接。右侧的销孔用于安装右圆柱销15,过盈配合，实现摆动螺栓12与下压板 5的铰链连接。
[0039] 参见图9所示，所述的冷却连接座7其特征在于一方面有冷却作用，内部开有冷却 流道，冷却水的流动方向如箭头所示；另一方面有连接作用，左边通过螺钉20穿过硬云母 板6与下压板5连接。螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分直接插入到 相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20整个从右侧的 通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中。冷却连接座7右边通过双头螺柱8与传感器连 接。
[0040] 本发明的突出特点在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具，能够简单、可靠、高 效地传递拉伸、弯曲、扭转复合载荷；提供一种多物理场耦合加载方法，将加热模块集成于 夹具内部，避免了加热模块与观测模块的干涉，同时避免观测镜头受到较高的温度；氮化硅 加热片25具有升温快，温度高特点，可保证较快达到较高的温度；电场加载与冷却水通过 绝缘板隔开，保证两者可以同时进行；下压板5使用奥氏体钢加工而成，可以保证高温条件 下的使用性能；磁场加载模块不与观测模块干涉，也不影响试件17拉伸、弯曲、扭转的测 试。
[0041] 以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术 人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：用于对试件（17)施加拉伸、弯曲、扭 转载荷条件下对试件的夹持，同时通过热场加载模块、电场加载模块、磁场加载模块实现对 被测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载，加热片压板（4)将氮化硅加热片（25)压紧， 固定到上压板（3)的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板（3)与下压板（5)通过左圆柱销 (18)铰链连接，下压板（5)上设有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽，上压板（3)向上旋转 打开夹具，将试件夹持端置入凹槽，再向下旋转上压板（3)贴紧试件（17)，最后分别锁紧摆 动螺栓上的螺母，实现试件（17)的夹紧； 所述热场加载模块是：氮化硅加热片（25)与试件（17)的夹持端接触，热电偶（16)测量 试件（17)的温度，并将温度信号反馈给控制器（22)，控制器（22)再向稳压电源（23)发出信 号，改变施加在氮化硅加热片（25)上的电压，进而控制加热片的发热功率，使试件达到设定 温度；硬云母板（6)减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯度，冷却连接座（7)内设有流 道，冷却水从进水口（11)流入，吸收热量后从另一侧出水口流出；隔热板（9)连接冷却连接 座（7)和后面的传感器； 所述电场加载模块是：下压板（5)通过铜螺钉（14)与电极（13)固定连接，电场电源 (21)输出的电流通过下压板（5)导入到试件（17)中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合 回路； 所述磁场加载模块是：磁场电源（24)向螺线圈（1)通入电流，使试件（17)处于磁场之 中，螺线圈（1)通过螺线圈固定筒（2)固定在下压板（5)上。2. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的下压板（5) 上的凹槽设有锥形部分，且其与试件锥形过渡部分相配合，当试件（17)承受拉力时，试件 的锥形过渡部分被卡在下压板（5)的凹槽锥形部分里，即实现向试件施加拉力载荷；当试 件（17)的夹持端被完全夹紧后，试件（17)的夹持端相对夹具具有确定不变的位置，当固定 一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件（17)弯曲的轨迹运动时，即实现对试件（17)施加 悬臂弯曲载荷；试件（17)的两个夹持端都为板状，当它的两个夹持端分别被两个夹具夹紧 后，夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对转动时，即实现对试件（17)施加 扭转载荷。3. 根据权利要求1或2所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的试件 (17)的平行长度部分为圆柱状，两边的夹持端为厚度与圆柱直径相等的板状，夹持端与平 行长度部分之间有锥形过渡部分。4. 根据权利要求1或2所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的下压 板（5)由奥氏体不锈钢加工而成，下压板（5)上加工有与试件夹持端相配合的凹槽，保证向 试件（17)传递拉力、扭矩及弯矩。5. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的冷却连接 座（7)左边通过螺钉（20)穿过硬云母板（6)与下压板（5)连接，冷却连接座（7)右侧开有 通过孔（10)，螺钉（20)从通过孔（10)中穿过，插入到螺栓孔中；冷却连接座（7)右边通过 双头螺柱（8)与传感器连接。6. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的螺线圈（1) 通过螺线圈固定筒（2)固定到下压板（5)上，试件（17)的两端各安装一个螺线圈（1)，螺线 圈（1)不与试件（17 )接触，保证试件（17 )自由拉伸、弯曲、扭转。7. -种根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具的多物理场耦合加载方法， 其特征在于：具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源（23)输出预设的电压加载到氮化硅加 热片（25)上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源（21)输出预设的 电流，实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源（24)输出预设的电流，实 现磁场的加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
【专利摘要】本发明涉及一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法，属于材料微观力学性能测试领域。通过在夹具上加工凹槽，试件置入凹槽后通过压板压紧，实现夹具向试件施加拉伸、弯曲、扭转等机械载荷。通过氮化硅加热片与试件接触进行传导加热，并通过热电偶实现温度反馈，实现对被测样品施加热场加载。通过向试件通入可控电流实现对试件样品的电场加载。通过两个磁感应线圈，实现对被测样品的磁场加载。结构简单紧凑、方法科学合理、性能稳定可靠，可实现对被测样品材料的大范围温度加载、精确的电流加载以及可控的磁场加载，能够为材料试验提供更接近服役条件下的复合载荷加载及热场、电场和磁场的模拟，具有重要的理论意义和应用价值。
【IPC分类】G01N3/00, G01N3/04
【公开号】CN104897460
【申请号】CN201510253407
【发明人】赵宏伟, 霍占伟, 张世忠, 任露泉, 李柠, 王顺博, 代晓航, 刘阳, 方岱宁, 裴永茂
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料微观性能特别是材料微观力学性能测试技术领域，特别涉及一种 材料微观力学性能测试中的多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法。属精 密仪器组件和精密驱动传动单元组件。
【背景技术】
[0002] 近些年来，有关多种载荷、多物理场耦合条件下的材料微观力学性能测试的研宄 工作受到了国际学术界和工程界越来越多的关注。工程领域中时常会因材料及其制品的意 外破坏、失效而导致经济损失甚至严重事故的发生，之所以材料及其制品通常都已经经过 力学性能测试检验但是还会发生意外失效现象，其中一个很重要的原因就是在进行力学性 能测试的时候没有真实地模拟服役条件下的载荷施加状态以及所处的物理场环境。最为常 见的材料拉伸试验机，只能实现单独的拉伸测试，扭转试验机也只能提供单一的扭转载荷， 而机械零件在服役条件下往往承受的都是复合载荷。同样传统的材料试验机难以提供接近 服役条件下的电场环境、热场环境、磁场环境模拟。因此传统的材料试验机难以提供接近服 役条件下的测试。复合载荷多物理场下的材料性能测试是一种更能接近材料在服役条件下 测试，测试数据更真实、可靠。这种测试对于新材料开发和高端精密装备制造业发展都具有 重要意义。
[0003] 目前还没有比较成熟的适用于多载荷耦合加载的试件夹具与多物理场耦合加载 方法。传统的楔形夹具在预夹紧的条件下，传递的扭矩有限；带螺纹的夹具装夹困难，而且 只能单方向扭转。多物理场耦合加载的困难主要体现在以下几个方面：第一，观测问题，对 于原位材料力学性能测试来说，必须为显微镜提供一个良好的视场，必须留有足够的观测 空间，这就要求电场、热场、磁场的加载都不能干涉显微镜的观测路径；第二，通常采用的电 阻丝加热方式难以达到很高的温度，小范围的温度变化对于材料测试意义不大；第三，电场 加载与通入冷却水不能同时进行，夹具多为金属导体，一方面要与试件接触通电，另一方面 要与冷却水接触降温，两者同时进行会发生漏电现象；第四，热场加载会使夹具发生热变 形，必须保证夹具在高温下依然能可靠夹紧试件。综上所述，一套可靠的多载荷耦合加载的 试件夹具与多物理场耦合加载方法对于材料微观力学性能测试具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载 方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明的多载荷耦合加载的试件夹具，能够简单、 可靠、高效地传递拉伸、弯曲、扭转复合载荷。多物理场耦合加载方法，解决多物理场加载与 原位观测的干涉问题，具有较大的温度变化范围，可以电场加载与冷却同时进行，并能保证 高温条件下可靠夹紧试件。
[0005] 本发明的上述目的通过以下技术方案实现： 多载荷耦合加载的试件夹具，用于对试件17施加拉伸、弯曲、扭转等载荷条件下对试 件样品的夹持，同时该夹具还可通过热场加载模块、电场加载模块、磁场加载模块实现对被 测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载，其具体结构是：加热片压板4将氮化硅加热片 25压紧，固定到上压板3的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板3与下压板5通过左圆柱 销18铰链连接，下压板5上设有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽，上压板3向上旋转打 开夹具，将试件夹持端置入凹槽，再向下旋转上压板3贴紧试件17,最后分别锁紧摆动螺栓 上的螺母，实现试件17的夹紧； 所述热场加载模块是：氮化硅加热片25与试件17的夹持端接触，热电偶16测量试件 17的温度，并将温度信号反馈给控制器22,控制器22再向稳压电源23发出信号，改变施加 在氮化硅加热片25上的电压，进而控制加热片的发热功率，使试件达到设定温度；硬云母 板6减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯度，冷却连接座7内设有流道，冷却水从进水 口 11流入，吸收热量后从另一侧出水口流出；隔热板9连接冷却连接座7和后面的传感器； 所述电场加载模块是：下压板5通过铜螺钉14与电极13固定连接，电场电源21输出 的电流通过下压板5导入到试件17中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合回路； 所述磁场加载模块是：磁场电源24向螺线圈1通入电流，使试件17处于磁场之中， 螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定在下压板5上。根据毕奥一萨伐尔定律，距电流元 M任意点处的磁感应强度为
式中A为真空中的磁导率N/A2;J为通过电流元的电流强度A;通为电流元的线元矢 量；r为电流元到任意点的矢径m。
[0006] 所述的下压板5上的凹槽设有锥形部分，且其与试件锥形过渡部分相配合，当试 件17承受拉力时，试件的锥形过渡部分被卡在下压板5的凹槽锥形部分里，即实现向试件 施加拉力载荷；当试件17的夹持端被完全夹紧后，试件17的夹持端相对夹具具有确定不变 的位置，当固定一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件17弯曲的轨迹运动时，即实现对 试件17施加悬臂弯曲载荷；试件17的两个夹持端都为板状，当它的两个夹持端分别被两个 夹具夹紧后，夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对转动时，即实现对试件 17施加扭转载荷。
[0007] 所述的试件17的平行长度部分为圆柱状，两边的夹持端为厚度与圆柱直径相等 的板状，夹持端与平行长度部分之间有锥形过渡部分。
[0008] 所述的硬云母板6既能实现隔热，又能实现绝缘，这样既可以起到降低热传导速 率、增大温度梯度的作用，又可以实现水冷模块与电场加载模块的兼容，避免通过冷却水漏 电。其本身密度大，有较高的加工精度，不会影响装置的整体精度。
[0009] 所述的下压板5由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证高温条件的正常使用，且下 压板5上加工有与试件夹持端相配合的凹槽，保证向试件（17)传递拉力、扭矩及弯矩。
[0010] 所述的冷却连接座7-方面有冷却作用，另一方面有连接作用，左边通过螺钉20 穿过硬云母板6与下压板5连接，螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分 直接插入到相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20从 右侧的通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中；冷却连接座7右边通过双头螺柱8与传 感器连接。
[0011] 电场加载模块通过改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加载，硬云母 板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连接座7通过螺钉20连接，螺栓绝缘套 19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实现绝缘。
[0012] 磁场加载模块通过改变磁场电源24的电流，就可以实现磁场强弱的变化。
[0013] 所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁加载模块时，从 下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高的磁场强度，螺 线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17接触，保证试件 17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0014] 本发明的另一目的在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具的多物理场耦合加 载方法，具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源23输出预设的电压加载到氮化硅加 热片25上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源21输出预设的电流， 实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源24输出预设的电流，实现磁场的 加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
[0015] 本发明的有益效果在于：多载荷耦合加载的试件夹具能够简单、可靠、高效地传递 拉伸、弯曲、扭转复合载荷；将加热模块集成于夹具内部，避免了加热模块与观测模块的干 涉，同时避免观测镜头受到较高的温度；氮化硅加热片具有升温快，温度高特点，可保证较 快达到较高的温度；电场加载与冷却水通过绝缘板隔开，保证两者可以同时进行；下压板 使用奥氏体钢加工而成，可以保证高温条件下的使用性能；磁场加载模块不与观测模块干 涉，也不影响试件拉伸、弯曲、扭转的测试。
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0017] 图1为本发明的整体外观示意图； 图2为本发明的整体剖视图； 图3为本发明的热场原理示意图； 图4为本发明的电场原理示意图； 图5为本发明的磁场原理示意图； 图6为本发明的电路连接图； 图7为本发明上压板的结构示意图； 图8为本发明下压板的结构示意图； 图9为本发明冷却连接座的剖视图。
[0018]图中：1.螺线圈，2.螺线圈固定筒，3.上压板，4.加热片压板，5.下压板，6.硬 云母板，7.冷却连接座，8.双头螺柱，9.隔热板，10.通过孔，11.进水口，12.摆动螺栓， 13.电极，14.铜螺钉，15.右圆柱销，16.热电偶，17.试件，18.左圆柱销，19.螺栓绝缘套， 20.螺钉，21.电场电源，22.控制器，23.稳压电源，24.磁场电源，25.氮化硅加热片。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其【具体实施方式】。
[0020] 参见图1至图9所示，本发明的多载荷耦合加载的试件夹具，适用于对试件17施 加拉伸、弯曲、扭转等载荷条件下对试件样品的夹持，同时该夹具还可通过热场加载模块、 电场加载模块、磁场加载模块实现对被测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载。
[0021] 参见图1、图2所示，所述的多载荷材料原位测试夹具的具体结构是：加热片压板 4将氮化硅加热片25压紧，固定到上压板3的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板3与下 压板5通过左圆柱销18铰链连接，下压板5上加工有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽， 上压板3向上旋转打开夹具，将试件夹持端置入下压板5的凹槽，再向下旋转上压板3贴紧 试件17,最后分别锁紧摆动螺栓上的螺母，实现试件17的夹紧。
[0022] 所述的拉伸载荷的施加，下压板5上的凹槽有锥形部分与试件17锥形过渡部分配 合，当试件17承受拉力时，试件17锥形的过渡部分被卡在下压板5的凹槽锥形部分里，可 实现向试件17施加拉力载荷。
[0023]所述的弯曲载何的施加，当试件17的夹持端被完全夹紧后，试件17的夹持端相对 夹具具有确定不变的位置，当固定一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件弯曲的轨迹运 动时，可实现对试件17施加弯曲载荷。
[0024]所述的扭转载荷的施加，试件17的两个夹持端都为板状，当试件17的两个夹持端 分别被两个夹具夹紧后，试件17的夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对 转动时，可实现对试件17施加扭转载荷。
[0025]参见图2、图5及图6所示，所述的热场加载模块由氮化硅加热片25直接与试件17 的夹持端接触加热，使试件尽快达到试验温度，热电偶16测量试件17的温度，并将温度信 号反馈给控制器22,控制器22再向稳压电源23发出信号，改变施加在氮化硅加热片25上 的电压，进而控制加热片的发热功率。硬云母板6减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯 度，冷却连接座7内开有流道，冷却水从进水口 11流入，吸收热量后从另一侧出水口流出， 带走加热部分向后传导的热量，隔热板9连接冷却连接座7和后面的传感器，降低热传导速 率，并增大温度梯度。
[0026]参见图4所示，所述的电场加载模块由铜螺钉14将电极13固定到下压板5上，电 场电源21输出的电流通过下压板5导入到试件17中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合 回路。电场的电路连接参见图6所示，改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加 载。电场的绝缘参见图2所示，硬云母板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连 接座7通过螺钉20连接，螺栓绝缘套19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实 现绝缘。
[0027]所述的磁场加载原理参见图5所示，磁场电源24向螺线圈1通入电流，使试件17 处于磁场之中。磁场的电路连接参见图6所示，改变磁场电源24的电流，就可以实现磁场 强弱的变化。磁场的安装参见图2所示，线圈固定筒2将螺线圈1固定下压板5上，根据毕 奥一萨伐尔定律，距电流元《任意点处的磁感应强度为
式中/%为真空中的磁导率（N/A2);/为通过电流元的电流强度为电流元的线元 矢量；r为电流元到任意点的矢径（m)。
[0028] 参见图2所示，所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁 加载模块时，从下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高 的磁场强度，螺线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17 接触，保证试件17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0029] 参见图2所示，所述的硬云母板6既能实现隔热，又能实现绝缘，这样就可以保证 冷却水和电场可以同时加载，而不会发生通过冷却水漏电现象。
[0030] 所述的氮化硅加热片25加热温度高，加热速度快。
[0031] 所述的下压板5由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证高温条件的正常使用，且下 压板5上铣有与试件夹持端相适应的凹槽，保证向试件传递拉力、弯矩与扭矩。
[0032] 所述的冷却连接座8-方面有冷却作用，另一方面有连接作用，左边通过螺钉20 穿过硬云母板6与下压板5连接。螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分 直接插入到相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20整 个从右侧的通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中。冷却连接座7右边通过双头螺柱8 与传感器连接。
[0033] 所述的电场加载模块通过改变电场电源21的电压，就可以实现不同电流的加载， 硬云母板6保证前后的绝缘，下压板5、硬云母板6及冷却连接座7通过螺钉20连接，螺栓 绝缘套19配合螺钉20使用，这样在保证有效连接的同时实现绝缘。
[0034] 参见图6所示的电路连接图，电场电源21向电极13供电，稳压电源23向氮化硅 加热片25供电，磁场电源24向螺线圈1供电，三个电源都受控制器22的控制，而且控制器 22还要接收热电偶16的信号，实现热场的闭环控制。
[0035] 所述的螺线圈1通过螺线圈固定筒2固定到下压板5上，不需要磁加载模块时，从 下压板5上拆卸下即可，而且试件17的两端各安装一个螺线圈1，保证较高的磁场强度，螺 线圈1的长度适宜，保证试件17有足够的观察范围，螺线圈1不与试件17接触，保证试件 17可以自由拉伸、弯曲、扭转。
[0036] 参见图6所示，所述的多物理场加载方法，具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源23输出一定的电压加载到氮化硅加 热片25上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源21输出一定的电流， 实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源24输出一定的电流，实现磁场的 加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算 机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
[0037] 参见图7所示，所述的上压板4,其特征在于氏体不锈钢加工而成，可以保证高温 条件的正常使用，上端开有与氮化硅加热片25外形相适应的槽，周围的四个螺栓孔用于安 装加热片压板4,并通过加热片压板4压紧氮化硅加热片25。下边的销孔用于实现上压4 板与下压板5的铰链连接。
[0038] 参见图8所示，所述的下压板5,其特征在于由奥氏体不锈钢加工而成，可以保证 高温条件的正常使用，且下压板5上铣有与试件夹持端相适应的凹槽，保证向试件传递拉 伸、弯曲、扭转复合载荷。左侧的销孔用于安装左圆柱销18,过盈配合，实现上压板3与下压 板5的铰链连接。右侧的销孔用于安装右圆柱销15,过盈配合，实现摆动螺栓12与下压板 5的铰链连接。
[0039] 参见图9所示，所述的冷却连接座7其特征在于一方面有冷却作用，内部开有冷却 流道，冷却水的流动方向如箭头所示；另一方面有连接作用，左边通过螺钉20穿过硬云母 板6与下压板5连接。螺钉20较长，无法从冷却连接座7中间直径较小的部分直接插入到 相应的螺栓孔中，为安装螺钉20,冷却连接座7右侧开有通过孔10,螺钉20整个从右侧的 通过孔10中穿过，插入到相应的螺栓孔中。冷却连接座7右边通过双头螺柱8与传感器连 接。
[0040] 本发明的突出特点在于提供一种多载荷耦合加载的试件夹具，能够简单、可靠、高 效地传递拉伸、弯曲、扭转复合载荷；提供一种多物理场耦合加载方法，将加热模块集成于 夹具内部，避免了加热模块与观测模块的干涉，同时避免观测镜头受到较高的温度；氮化硅 加热片25具有升温快，温度高特点，可保证较快达到较高的温度；电场加载与冷却水通过 绝缘板隔开，保证两者可以同时进行；下压板5使用奥氏体钢加工而成，可以保证高温条件 下的使用性能；磁场加载模块不与观测模块干涉，也不影响试件17拉伸、弯曲、扭转的测 试。
[0041] 以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术 人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：用于对试件（17)施加拉伸、弯曲、扭 转载荷条件下对试件的夹持，同时通过热场加载模块、电场加载模块、磁场加载模块实现对 被测材料样品的热场、电场与磁场的耦合加载，加热片压板（4)将氮化硅加热片（25)压紧， 固定到上压板（3)的凹槽里，三者连接成一个整体，上压板（3)与下压板（5)通过左圆柱销 (18)铰链连接，下压板（5)上设有与试件夹持端外形尺寸相同的凹槽，上压板（3)向上旋转 打开夹具，将试件夹持端置入凹槽，再向下旋转上压板（3)贴紧试件（17)，最后分别锁紧摆 动螺栓上的螺母，实现试件（17)的夹紧； 所述热场加载模块是：氮化硅加热片（25)与试件（17)的夹持端接触，热电偶（16)测量 试件（17)的温度，并将温度信号反馈给控制器（22)，控制器（22)再向稳压电源（23)发出信 号，改变施加在氮化硅加热片（25)上的电压，进而控制加热片的发热功率，使试件达到设定 温度；硬云母板（6)减慢热量向右侧传播速度，并增大温度梯度，冷却连接座（7)内设有流 道，冷却水从进水口（11)流入，吸收热量后从另一侧出水口流出；隔热板（9)连接冷却连接 座（7)和后面的传感器； 所述电场加载模块是：下压板（5)通过铜螺钉（14)与电极（13)固定连接，电场电源 (21)输出的电流通过下压板（5)导入到试件（17)中，另一端的夹具上接有负极，形成闭合 回路； 所述磁场加载模块是：磁场电源（24)向螺线圈（1)通入电流，使试件（17)处于磁场之 中，螺线圈（1)通过螺线圈固定筒（2)固定在下压板（5)上。2. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的下压板（5) 上的凹槽设有锥形部分，且其与试件锥形过渡部分相配合，当试件（17)承受拉力时，试件 的锥形过渡部分被卡在下压板（5)的凹槽锥形部分里，即实现向试件施加拉力载荷；当试 件（17)的夹持端被完全夹紧后，试件（17)的夹持端相对夹具具有确定不变的位置，当固定 一个夹具位置不变，另一个夹具按照试件（17)弯曲的轨迹运动时，即实现对试件（17)施加 悬臂弯曲载荷；试件（17)的两个夹持端都为板状，当它的两个夹持端分别被两个夹具夹紧 后，夹持端会分别随着两个夹具同步转动，当两个夹具相对转动时，即实现对试件（17)施加 扭转载荷。3. 根据权利要求1或2所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的试件 (17)的平行长度部分为圆柱状，两边的夹持端为厚度与圆柱直径相等的板状，夹持端与平 行长度部分之间有锥形过渡部分。4. 根据权利要求1或2所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的下压 板（5)由奥氏体不锈钢加工而成，下压板（5)上加工有与试件夹持端相配合的凹槽，保证向 试件（17)传递拉力、扭矩及弯矩。5. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的冷却连接 座（7)左边通过螺钉（20)穿过硬云母板（6)与下压板（5)连接，冷却连接座（7)右侧开有 通过孔（10)，螺钉（20)从通过孔（10)中穿过，插入到螺栓孔中；冷却连接座（7)右边通过 双头螺柱（8)与传感器连接。6. 根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具，其特征在于：所述的螺线圈（1) 通过螺线圈固定筒（2)固定到下压板（5)上，试件（17)的两端各安装一个螺线圈（1)，螺线 圈（1)不与试件（17 )接触，保证试件（17 )自由拉伸、弯曲、扭转。7. -种根据权利要求1所述的多载荷耦合加载的试件夹具的多物理场耦合加载方法， 其特征在于：具体步骤如下： 步骤1 :通过计算机设定多物理场的加载条件； 步骤2 :计算机通过信号发生模块产生控制热场、电场、磁场的驱动信号； 步骤3 :由功率放大器对步骤2中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号； 步骤4 :由步骤3输出的电流信号，驱动稳压电源（23)输出预设的电压加载到氮化硅加 热片（25)上，实现热场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动电场电源（21)输出预设的 电流，实现电场的加载；由步骤3输出的电流信号，驱动磁场电源（24)输出预设的电流，实 现磁场的加载； 步骤5 :由A/D采集卡采集多物理场传感器信号； 步骤6:将采集的传感器信号输入到计算机中，与计算机的设定值比较，若满足试验条 件，则多物理场达到设定值；否则，返回步骤2对多物理场驱动信号进行调整。
【专利摘要】本发明涉及一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法，属于材料微观力学性能测试领域。通过在夹具上加工凹槽，试件置入凹槽后通过压板压紧，实现夹具向试件施加拉伸、弯曲、扭转等机械载荷。通过氮化硅加热片与试件接触进行传导加热，并通过热电偶实现温度反馈，实现对被测样品施加热场加载。通过向试件通入可控电流实现对试件样品的电场加载。通过两个磁感应线圈，实现对被测样品的磁场加载。结构简单紧凑、方法科学合理、性能稳定可靠，可实现对被测样品材料的大范围温度加载、精确的电流加载以及可控的磁场加载，能够为材料试验提供更接近服役条件下的复合载荷加载及热场、电场和磁场的模拟，具有重要的理论意义和应用价值。
【IPC分类】G01N3/00, G01N3/04
【公开号】CN104897460
【申请号】CN201510253407
【发明人】赵宏伟, 霍占伟, 张世忠, 任露泉, 李柠, 王顺博, 代晓航, 刘阳, 方岱宁, 裴永茂
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月19日
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